总变10kV进线断路器防跳回路分析

2015-05-27李勇

电气技术 2015年5期

李勇

（中海油东方石化有限责任公司，海南东方 572600）

断路器（开关）是电力系统中重要的一次设备，在其手动或自动装置合闸后，如果操作控制开关未复归导致粘连或控制开关触点、自动装置触点卡主，此时保护动作使断路器跳闸时，断路器将会合闸于故障线路，而发生多次“跳-合”现象。因此需要防跳回路，以防止开关发生跳跃现象，进而保护开关装置以及负载免受频繁冲击。我厂总变10kV 进线开关柜使用西门子3AH5 断路器，经由南瑞集团的NSP30C 操作箱控制。本文对操作箱与断路器本体的防跳回路的接线和作用进行比较分析，并进一步探讨两者使用配合问题。

1 防跳工作原理

1.1 操作机构防跳工作原理

NSP30C 高压开关操作箱具备操作所需所有功能，包括跳合闸监视功能，较多用于110kV 或35kV的三相开关操作NSP30C 防跳回路工作原理如图1所示。防跳回路选用的是电流起动，电压保持的双线圈继电器。电流线圈TBJ 串接于分闸回路作为起动线圈，电压线圈TBJV 接于合闸回路，作为保持线圈。当分闸时，电流线圈TBJ 经分闸回路起动，其常开接点TBJ 闭合。如果合闸回路发生开关粘连现象，或处于手动合闸位置时，电压线圈TBJV 起动，并通过其常开接点自保持，其常闭接点马上断开合闸回路，保证断路器在分闸过程中不能马上在合闸。此外NSP30C 在合闸时通过HBJ 实现合闸保持回路与TBJ 实现跳闸保持回路，以保证开关的可靠分合闸和防止分合闸接点因拉弧而烧坏。

1.2 断路器本体防跳工作原理

进线断路器选用西门子的3AH5 断路器，3AH5真空断路器采用特殊触点执行真空断路的连接动作并为这些触点专门开发了改良型操作机构，同时该产品为适应中国电力系统的运行工况采用了大爬距绝缘设计，配用最新开发的大爬距真空灭弧室，因其产品优质性而广泛应用于电力、石化、冶金行业等。其内部防跳回路原理如图2所示。

图1 操作机构防跳回路

图2 断路器防跳回路

断路器本体防跳采用弹簧储能式。当一个持久合闸命令发出时，合闸电流经S3，K1，S33，S1，Y9 接通开关合闸。合闸后弹簧机构开始储能，并联在合闸回路的弹簧储能辅助开关S3 常闭接点导通防跳继电器K1，K1 的常开接点实现防跳自保持，其常闭接点断开合闸回路。若此时线路或设备故障，继电保护动作跳闸，或分闸按钮开关分闸，由于合闸回路已由K1 断开，有效防止开关跳跃。

1.3 两种防跳原理区别

操作机构防跳通过跳闸信号分断断路器的同时，经TBJ 电流线圈起动TBJV 电压线圈，而实现自保持来切断合闸回路，即断路器跳闸时起动，在合闸回路保持。当系统故障时，避免电气元件多次受大电流冲击而扩大故障。断路器本体防跳是在断路器合闸瞬间，通过弹簧储能辅助开关起动K1 防跳继电器并实现自保持，只要故障合闸信号持续，K1 一直得电，合闸回路处于断开状态，即合闸时起动，并在合闸回路自保持。防跳回路保证开关机构本身有故障、且合闸脉冲未解除时，开关只能合闸一次，避免开关主触头承受连续的多次合闸冲击。

2 两套防跳回路配合应用

2.1 两套防跳均接入

根据设计图纸可知，我厂总变10kV 进线断路器接入两套防跳回路。NSP30C 操作机构装置不仅具有分/合闸功能，且通过其内部TWJ、HWJ 继电器实现控制回路断线监控。分析原理图可知，此接线方式将会带来寄生回路。接线如图3所示。

在正常情况下，开关在分位，整个合闸回路断开。合开关，合闸电流经TBJV 常闭接点一HBJ 继电器一S3 常开接点一K1 常闭接点一S33 常开接点一S1 常开接点至Y9 合闸线圈；开关合闸，弹簧储能机构储能S3 常闭接点闭合。此时合闸电流可经TWJ 继电器一R 一S3 常闭接点一K1 继电器构成一个寄生回路。对于此回路中分压电阻R 的大小、继电器TWJ、K1 动作电压及控制母线电压的高低均决定控制回路中TWJ 和K1 的动作状态有以下情况。

图3 两套防跳同时接入

1）断路器本体机构防跳环节正常，分/合闸时合闸信号持续存在

（1）TWJ 和K1 同时动作。断路器正常合闸时，断路器的防跳继电器两侧具有电压，防跳环节动作，合闸信号消失后，正常控制电压作用下，TWJ 和K1均动作并自保持。当断路器跳闸后，合合闸回路监视器信号反映正常，断路器本体因K1 常开接点实现自保持而K1 常闭接点断开，切断断路器合闸回路，无法再次合闸。TWJ 不动作、K1 动作。则开关跳闸后，合闸回路监视器TWJ 反映异常，而断路器再次合不上闸。

（2）合闸信号持续存在。断路器分闸后，因有合闸信号持续存在，K1 动作实现自保持，断开合闸回路，断路器再次合不上闸。TWJ 两段电压相同而不动作，发出控制回路断线信号。

2）操作机构防跳环节正常，分/合闸时合闸信号持续存在

（1）正常合闸时，由于断路器本体防跳回路存在，信号反应正常，同时起到防跳功能。

（2）合闸信号持续存在时，断路器本体防跳回路存在，直至有跳闸信号时，通过TBJ 电流线圈以及TBJV 电压线圈实现防跳功能，信号反应正常。

2.2 接单套防跳

如果同时采用两种防跳回路，如果继电器和电阻的参数相匹配，则可以相互弥补；但如果继电器和电阻的参数不匹配，则会产生寄生回路。

1）单独选用操作机构防跳

即将K1 线圈断开，取消断路器本体防跳（如图4所示）。

这种接线因其通过分断断路器来起动TBJ 继电器，当断路器本体故障时、且合闸脉冲不能及时解除时，防跳保护的二次线路范围小，开关仍会发生跳跃。

图4 选用操作机构防跳

2）选用断路器内部防跳

仅选用断路器内部防跳，即NSP30C 内部取消防跳，则需要短接TBJV 常闭接点，或者将防跳继电器TBJV 线圈电源取消（如图5所示），这样就实现防跳继电器不动作或动作不起作用。但寄生回路仍然存在，问题没有得到解决。

图5 选用断路器内部防跳

2.3 两套防跳均接入的改变接线

通过以上分析可知，若要合理运用两套防跳装置，更好的保护断路器，需要对防跳回路进行相应改造。寄生回路的产生是由于操作机构内TWJ 监视器的存在，则可通过对监视回路进行改造，方法有以下几种：

1）合闸监视回路串断路器S1 常闭接点（接线如图6所示）。

图6 跳闸回路串联S1 常闭接点

开关在合位时，S1 常闭接点断开，从而避免寄生回路存在。当开关合闸时，其通过HBJ 实现合闸自保持，K1 得电实现自保持，起到合闸瞬间只能操作一次的效果。当开关跳闸时，其通过TBJ 跳闸继电器实现保持，且切断合闸控制回路，此时S1 常闭接点闭合，但由于合闸弹簧储能开关常闭接点S3断开，K1 失效。当持续合闸电流存在时，由于整个合闸回路已切断，故能起到防跳效果。

2）合闸监视回路串入K1 常闭接点（如图7所示）。

开关合闸时，通过HBJ 实现合闸自保持直至合闸完成，S3 常闭接点闭合。此时若HBJ 与K1 之间参数配合好，K1 实现自保持，断路器本体防跳环节生效。且K1 常闭接点断开，S1 常开接点闭合，TWJ与HWJ 信号显示正常。开关断开后，K1 及HBJ 均解磁复归，解决不能第二次合闸问题。若HBJ 与K1 之间参数配合不当，有可能HBJ 励磁，而K1 没有励磁，此时断路器本体防跳环节失效，如同虚设。合闸完毕，S3 常闭接点闭合,K1 常闭接点闭合，此时TWJ 与HWJ 同时带电，失去控制回路监视意义。

3）合闸监视回路串入S1 常闭接点和K1 常闭接点（如图8所示）。

图7 跳闸回路串联K1 常闭接点

图8 跳闸回路串联K1 和S1 常闭接点

该接线结合上述两种方法异同。即可解决监视回路问题，也可实现防跳功能。S1 与K1 的良好配

合，切断寄生回路的同时，保障K1 与HBJ 的励磁。 4）修改合闸监视回路（如图9所示）。

图9 修改合闸监视回路

寄生回路产生的根本原因是TWJ 与K1 之间的配合，如TWJ 简单监视断路器位置即可。通过将TWJ 接至断路器辅助触点S1 上侧，而不经过K1 实现监控。则当开关在合位时，S1 常闭接点断开，常开接点闭合，TWJ 回路断开，HWJ 回路闭合；此时若分闸，TBJ 实现分闸自保持，S1 常开断开，常闭接点闭合时，HWJ 回路断开，TWJ 回路闭合，实现良好控制回路监视。当合闸瞬间，HBJ 实现合闸自保持，S3 常闭接点闭合时，K1 同样实现自保持，跳闸后，K1 及HBJ 均解磁复归。当合闸电流持续存在，且跳闸时，TBJ 实现自保持，并将TBJV 常闭接点断开，从而有效切断合闸回路。故既能实现控制回路监视，也能很好的实现防跳功能。

结合上述分析，可知断路器防跳与操作机构防跳配合使用时见表1。